空间机器人姿态稳定方法研究.pdf

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1、第28卷第7期计算机仿真2011年7月文章编号：1006—9348(2011)07—0177一04空间机器人姿态稳定方法研究朱建军，黄攀峰，刘正雄，张斌(西北工业大学航天学院，陕西西安7100r72)摘要：研究机器人动态优化问题，空间机器人的动力学耦合特性会影响系统的稳定性。空间机器人由于机械运动基座产生扰动，影响姿态稳定。通过建立空间机器人的动力学模型，结合动力学耦合特性分析了空间机器人的零反作用空间。提出基于零反作用空间的基座姿态稳定方法，实现了机械臂与基座的动力学解耦。不采用反作用飞轮或反

2、作用喷气装置，即可使空间机器人的基座姿态达到稳定，达到了节省星上能源，延长空间机器人使用寿命的目的。在Matlab上进行数值仿真实验，结果验证了方法的有效性和可行性。方法能够为空间机器人在轨操作提供理论依据。关键词：空间机器人；动力学耦合；零反作用空间；姿态稳定控制中图分类号：1似1．3文献标识码：AAttitudeStabilizationMethodofSpaceRobotZHUJian—jun，HUANGPan—feng，UUZheng—xiong，ZHANGBin(CouegeofAst

3、ro删tics，No曲we8temPolytechnicalUlIive玛ity，)【i’姐Sh粕xi710cr72，China)ABSTRACT：Couplingch锄c矧stics“sp船em鼬枷ue咖mestability0f‰system．C伽ideringtlleanitIlde咖bilizati∞oftllesp踮erobot，tlled珊lIllicmodelofnlespacemboti$鹊tablished6硌dy，dlendleReacti蚰NuUSp∞e0ftlle叩船em

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6、t；D)rn珊icsc伽pliIlg；ReactionnIIllspace；Anitude8tabilizationcon砌1引言空间机器人是目前空间技术发展的新点。利用空间机器人进行失效卫星的捕获、空间碎片的清理以及空间站维护等工作，可以避免宇航员在恶劣的太空环境受到伤害，同时又能提高空间探索的效益。在空间微重力环境下，由于基座与机械臂之间的动力学耦合特性，机械臂的运动会对基座产生扰动，使基座姿态发生变化或产生其它不利的影响，严重的会导致在轨操作任务失败。因此，执行在轨操作任务的同时如何保证空

7、间机器人基座姿态的稳定是目前空间机器人领域的一个难点问题。目前，已有许多学者对空间机器人的姿态稳定问题进行了研究。一种思路是基于路径规划展开的。Y．Nak咖um和基金项目：国家自然基金资助项目(60805034)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NC睨I一0r7一0691)收稿日期：20lO—06—02修回日期：20lO一06一18R．MukheIjee【21提出了“双边”路径规划方法，能够同时实现机械臂的构型控制和基座的姿态控制；c．Femades等H1提出了次优路径规划方法，采用自运动的方

8、式来控制基座的姿态和机械臂的构型，但这种方法对基座姿态的调节能力有限；P．FHu肌g[41提出基于遗传算法的最小基座反作用干扰的最优路径规划方法，可以实现基座姿态的稳定控制，但遗传算法的实现比较复杂。M．ArI讥8和S．DIIbowsky”1提出利用增强干扰图(EDM)方法进行姿态控制，通过精确地控制机械手的运动轨迹，可以有效地减小对基座的姿态干扰，但EDM的计算量很大，需占用较大的存储空间，计算效率不高。另一种传统的空间机器人基座姿态稳定方法是采用反作用飞轮等主动控制装置消除机械臂运动过程中对